基于离心模型试验的衡重式挡墙土压力作用特性研究

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衡重式挡土墙是由传统的折线形重力式挡墙发展而来,相比于重力式挡墙,衡重式挡土墙在折线形俯斜与仰斜交接处额外设置了一个平台,挡墙借助此平台能够有效的利用墙后土体的重量平衡自身的倾覆力矩,故将此平台称为衡重台。挡墙中衡重台的出现能够更加有效的稳定墙身,增强路堤边坡的稳定性与安全性。另一方面,衡重台也造成了挡墙上墙与下墙的割裂,同时在土体中出现了第二破裂面,使得衡重式挡土墙的受力及变形特征不同于传统的重力式挡墙。对于衡重式路堤挡土墙,虽然相关规范和设计手册计算方法与路肩墙一样,但因填料压实度及墙顶坡率受施工质量的影响,挡墙实际受力可能与理论计算存在很大差异。尤其,挡土墙的上墙截面检算,按实际墙背上所受主动土压力计算就不合适了,衡重台处抗剪验算采用主动土压力值显然偏小,加上墙顶以上边坡高度、坡率及填料压实度等因素的不确定性影响,安全隐患很大。在总结分析已有的衡重式挡土墙土压力作用特性研究的基础上,为探究不同工况下挡墙在侧向位移的过程中墙背土压力的变化规律、墙后填料滑裂体的发育过程及破裂面的影响因素,以离心模型试验为技术手段,通过采用自行设计的一套能够在土工离心机运转环境下精确控制挡墙位移大小及位移模式的位移控制装置,设计了四组离心模型试验,分析研究了挡墙在路堤高度不同或墙后填土强度不同等因素作用下的墙背土压力,并进一步与理论计算结果进行了对比,得出以下结论:(1)上墙总土压力均呈现出随挡土墙位移增大而非线性增大的趋势,路堤高度越高或是土体抗剪强度越大,土压力随挡墙位移的增幅亦增大。衡重台总土压力呈现出随挡土墙位移增大而非线性增大的趋势,路堤高度越高或土体抗剪强度越大,增大程度愈发明显。而在下墙部分,墙背土压力总体呈现先下降后逐渐增大的趋势。(2)在平动模式下,下墙均先于上墙达到主动极限状态。随着路堤高度减小或者是土体抗剪强度的增大,土体达到极限位移所需位移逐渐减小。(3)随着路堤高度的减小,衡重式挡土墙墙后土体破裂面倾角呈现出先减小后增大的趋势;当路堤填料抗剪强度减小时,上墙破裂面倾角逐渐减小至与上墙背倾向反向而下墙破裂面倾角则增大。(4)通过离心模型试验与理论计算对比发现,理论计算结果中的上下墙土压力大于离心试验结果,但由于理论计算过程中并未考虑衡重式挡墙上下墙之间的联系,将上下墙分开进行计算,导致理论计算中上墙土压力在上下墙背总土压力中的占比小于离心试验结果。
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